長期養分虧缺對木薯農藝性狀、產量及淀粉含量的影響

摘""要：通過研究長期養分虧缺對木薯農藝性狀及產量、淀粉含量的影響，為木薯連作科學施肥提供理論依據。在長期定位田間試驗時間軸上，選取2019—2021年（連作28～30年）的試驗材料，對CK（施氮磷鉀肥）、–N（不施氮肥）、–P（不施磷肥）和–K（不施鉀肥）4個處理，測定木薯品種SC205和SC124的農藝性狀及產量、淀粉含量。結果表明：（1）與CK相比，–N、–K均顯著降低木薯的株高，–N、–P和–K顯著降低木薯的莖徑，–K顯著降低葉片SPAD值；主體間效應檢驗表明，品種和施肥對各農藝性狀均有顯著影響，但二者的交互作用影響不顯著。（2）與CK相比，–N顯著提高2021年的鮮薯淀粉含量；–K顯著降低鮮薯淀粉含量，3年平均降幅為14.2%。（3）–N、–P、–K較CK均顯著降低鮮薯產量、淀粉產量、單株結薯數和單條薯重，各養分虧缺處理鮮薯產量的3年平均降幅均大于40.0%，各養分虧缺處理間的產量效應差異不顯著；–K淀粉產量的3年平均降幅為53.3%，降幅顯著高于–N、–P。（4）相關性分析結果表明，鮮薯產量、淀粉產量均與單株結薯數呈極顯著正相關，與單條薯重呈顯著正相關。綜合分析結果顯示，氮、磷、鉀虧缺均顯著抑制木薯生長，連作前期氮是木薯產量的首要限制因素，鉀其次，磷效應不明顯，隨連作年限延長，鉀、磷效應逐漸顯著，氮、鉀上升為最主要的限制因素，而后，氮、磷、鉀肥間的鮮薯產量效應無顯著差異，三者均同等重要。

關鍵詞：木薯；長期定位施肥；養分虧缺；產量；淀粉中圖分類號：S533；S365""""""文獻標志碼：A

Effects"of"Long-term"Nutrient"Deficiency"on"Agronomic"Characters，"Yield"and"Starch"Content"of"Cassava

WEI"Yunxia，"WEI"Zhuowen，"HUANG"Jie*，"XU"Ruili

Tropical"Crops"Genetic"Resources"Institute，"Chinese"Academy"of"Tropical"Agricultural"Sciences"/"Key"Laboratory"of"Conservation"and"Utilization"of"Cassava"Genetic"Resources，"Ministry"of"Agriculture"and"Rural"Affairs，"Haikou，"Hainan"571101，"China

Abstract："The"effects"of"long-term"nutrient"deficiency"on"cassava"agronomic"characters，"yield"and"starch"content"were"studied"to"provide"scientific"basis"for"fertilization"of"continuous"cropping."In"this"study，"experimental"materials"in"2019"to"2021"（continuous"cropping"in"28th-30th"years）"were"selected"from"the"time"axis"of"long-term"fertilization"trials."CK"（with"NPK），"–N"（without"N），"–P"（without"P），"–K"（without"K）"combined"with"two"cassava"varieties"SC205"and"SC124"were"selected."The"SPAD"value，"plant"height，"stem"diameter"and"starch"content，"yield，"starch"yield"of"the"fresh"storage"root"（FSR）"were"measured"and"evaluate."Compared"to"CK，"–N"and"–K"significantly"reduced"plant"height，"and"–N，"–P"and"–K"significantly"reduced"stem"diameter"of"cassava."Meanwhile，"–K"significantly"reduced"SPAD"value"of"leaves."Test"of"between-subjects"effect"showed"that，"variety"or"fertilization"had"significant"effects"on"agronomic"characters，"but"the"interaction"effect"between"them"was"not"significant."The"starch"content"of"FSR，"compared"to"CK，"–N"significantly"improved"in"2021."–K"significantly"reduced，"the"three-year"average"decrease"was"14.2%."Compared"to"CK，"–N，"–P"and"–K"significantly"reduced"the"yield，"starch"yield"of"FSR，"storage"root"number"per"plant"（SRNPP）"and"weight"per"storage"root"（WPSR）."The"yield"of"FSR"reduced"by"more"than"40.0%"under"different"nutrient"deficiency，"while"the"yield"effects"were"insignificantly"different"among"nutrient"deficiency"treatments."The"starch"yield"of"FSR"under"-K"decreased"by"53.3%，"the"decrease"was"significantly"higher"than"that"of"–N"and"–P."The"correlation"analysis"showed"that"yield，"starch"yield"of"FSR"were"extremely"significantly"positively"correlated"with"the"SRNPP，"and"significantly"positively"correlated"with"the"WPSR."–N，"–P"and"–K"significantly"inhibited"cassava"growth."N"was"the"primary"limiting"factor"for"cassava"fresh"storage"root"yield"in"the"early"stage"of"continuous"cropping，"followed"by"K，"but"P"effect"was"not"obvious."With"the"extension"of"continuous"cropping"years，"the"effects"of"K"and"P"effect"gradually"became"more"significant，"and"N，"K"became"the"main"limiting"factors，"then"there"was"no"significant"difference"on"the"fresh"storage"root"yield"effect"among"N，"P"and"K，"there"were"equally"important.

Keywords："cassava;"long-term"fertilization;"nutrient"deficiency;"yield;"starch

DOI："10.3969/j.issn.1000-2561.2024.07.012

木薯（Manihot"esculenta"Crantz）是熱帶和亞熱帶地區主要的糧食作物及淀粉、酒精生產原料，是全球近10億人的主要食糧[1]，其塊根淀粉含量約占干物質重的80%[2]。在我國，木薯作為經濟作物，主要分布在廣西、廣東、海南等華南8省（區），木薯地土壤肥力水平以低和極低等級為主[3]，較低的土壤肥力極大地限制了木薯的生長發育和產量的提升[4-5]，且養分供應不足是造成農民田間實際產量與木薯潛在產量差距較大的主要原因之一[6]。

長期不施肥或施肥不均衡會導致木薯產量低，而科學合理施肥是木薯增產提質增效的有效途徑[7]。林洪鑫等[8]研究發現，施氮顯著提高木薯單株結薯數、單株薯重和鮮薯產量，但降低淀粉含量。SIEVERDING等[9]研究表明，土壤中較低的磷含量明顯限制木薯產量。ROSA等[4]研究發現，施磷增加了酸性土壤中的木薯地上部生物量、增粗薯徑、提高單條薯重，且木薯對施磷的反應因基因型而異。作為喜鉀植物，鉀是長期連作木薯產量的重要限制養分因子，且隨連作年限的延長而增強[10]。魏云霞等[5]研究表明，施鉀比不施鉀顯著提高木薯株高、莖徑、單條薯重，增產鮮薯51.4%以上，促進可溶性糖向淀粉轉化；HOWELER[11]通過長期施肥試驗發現，長期缺鉀造成木薯產量顯著下降。黃潔等[12]通過12年木薯長期定位試驗的研究表明，隨施鉀量增加，鮮薯產量和淀粉含量均呈顯著增加的趨勢。此外，陸小靜等[13]、張永發等[14]通過1～2年試驗結果表明，氮、磷、鉀肥對木薯增產效應為鉀gt;氮gt;磷，陸小靜等[13]指出氮、磷、鉀肥對其淀粉含量影響不大，而張永發等[14]指出對其淀粉含量影響的主次順序為氮gt;磷gt;鉀。綜上，科學的施肥管理，對保障木薯生產力具有重要意義，但國內外關于木薯氮、磷、鉀養分虧缺的研究局限在中短期的10年內[10，"15-19]，而針對較長期的虧缺效應研究極少[12，"20]。為此，本研究在28年木薯長期定位施肥試驗的基礎上，以華南地區主推的2個木薯品種SC205和SC124為研究對象，明確長期氮、磷、鉀肥虧缺對木薯農藝性狀、產量以及淀粉含量的影響，以期為長期連作的木薯高產優質栽培提供科學施肥依據。

1""材料與方法

1.1""材料

長期定位試驗于1992年開始在海南省儋州市寶島新村中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所（品資所）木薯試驗基地進行。在試驗時間軸上選取2019—2021年（連作28～30年）的試驗材料作為本研究的內容。試驗地土壤為花崗巖發育的磚紅壤，1992年的試驗初始土壤基礎理化性質為：pH"5.35，有機質8.40"g/kg，全氮0.25"g/kg，有效磷24.6"mg/kg，速效鉀36.9"mg/kg。

供試木薯品種為SC205和SC124，均由品資所提供。供試肥料為尿素（含N"46%）、過磷酸鈣（含P2O5"12%）、氯化鉀（含K2O"60%）。

1.2""方法

1.2.1""試驗設計""選取4個施肥處理：（1）CK（氮磷鉀肥配施）、（2）–N（不施氮肥）、（3）–P（不施磷肥）、（4）–K（不施鉀肥），其中，CK的施肥量為N"100"kg/hm2、P2O5"50"kg/hm2、K2O"100"kg/hm2。–N、–P、–K分別在CK的基礎上進行相應的缺肥處理，所有肥料均在木薯植后45～60"d一次性穴施。試驗按裂區設計，主區為不同施肥處理，副區為2個木薯品種，主處理4次重復。F表示施肥處理，V表示品種。木薯株行距為80"cm×80"cm，植后300～330"d調查農藝性狀、收獲鮮薯，每個重復選取5株代表性植株調查、收獲。田間管理措施一致。

1.2.2""項目測定""（1）農藝性狀調查。收獲前，調查各重復的SPAD值、株高、莖徑。其中，使用SPAD-502葉綠素儀測定植株頂部第3、第4片完全展開葉SPAD值，平均值作為該植株的SPAD值；采用卷尺測量地面到頂端心葉的高度即為株高；采用游標卡尺測量距離地面5"cm高處主莖的直徑即為莖徑。

（2）鮮薯產量及其構成因子。收獲期，對各重復計數單株結薯數、稱重單株薯重，并換算單條鮮薯重，以實收的5株木薯鮮薯重換算每公頃鮮薯產量（t/hm2）。

（3）鮮薯淀粉含量。用泰國生產的鮮薯淀粉測定儀測定鮮薯中淀粉含量。稱鮮薯重后，選取5"kg左右的代表性鮮薯，按照國際熱帶農業中心制定的公式計算鮮薯淀粉含量[21]，計算公式如下：

Sc=210.8×[m1/（m1–m2）]–213.4 "（1）

式中，Sc為鮮薯淀粉含量，單位為%；m1為鮮薯在空氣中的質量，單位為g；m2為鮮薯在水中的質量，單位為g。

（4）淀粉產量。

Sy=Ry×Sc （2）

式中，Sy為淀粉產量，單位為t/hm2；Ry為鮮薯產量，單位為t/hm2。

1."3""數據處理

所有試驗數據采用SPSS"19.0軟件進行裂區方差分析，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較，Origin"8.0軟件繪圖。

2""結果與分析

2.1""農藝性狀

主體間效應檢驗結果表明（表1），施肥和品種對3年試驗的木薯葉片SPAD值、株高和莖徑影響顯著，從SPAD值的效應來看，3年的施肥影響均大于品種的影響；株高和莖徑效應來看，2019年施肥影響大于品種的影響，而2020和2021年施肥影響則小于品種的影響。施肥和品種的交互作用對各指標影響不顯著。多重比較結果表明（表2），主區因素中，SPAD值表現為–P和CK均顯著高于–K，其中，–K與CK相比，3年降幅為7.9%～13.6%；株高表現為CK顯著高于–N和–K，其中，–N的3年降幅為12.9%～18.2%，–K的3年降幅為15.7%～20.2%；莖徑表現為CK顯著高于缺肥處理，其中，–N、–P、–K較CK的3年降幅分別為13.9%～17.8%、10.0%～16.5%和10.4%～11.7%。副區因素中，2個品種間株高差異顯著，表現為SC124gt;SC205。

2.2""鮮薯淀粉含量

主體間效應檢驗表明（表3），施肥對3年試驗的鮮薯淀粉含量影響顯著，品種對鮮薯淀粉含量無顯著影響，而施肥和品種間交互作用對淀粉含量有顯著影響。多重比較結果表明（表4），主區因素中，鮮薯淀粉含量表現為：2019和2020年，–K顯著低于CK、–N和–P，2021年，–K顯著低于CK和–P，三者均顯著低于–N；與CK相比，–K鮮薯淀粉含量的3年降幅為8.4%～23.4%，平均降幅為14.2%。副區因素中，–K下，品種間淀粉含量差異顯著，表現為SC124顯著高于SC205。

2.3""鮮薯產量、淀粉產量

主體間效應檢驗表明（表5），施肥處理對3"a試驗的鮮薯產量和淀粉產量均有極顯著影響，品種對鮮薯產量和淀粉產量無顯著影響，2020和2021年二者交互作用對鮮薯產量影響顯著，2019和2020年二者交互作用對淀粉產量影響顯著。多重比較結果表明（表6），主區因素中，養分虧缺均顯著降低鮮薯產量和淀粉產量，與CK相比，2019—2021年，–N、–P和–K分別減產24.1%～"70.7%、25.5%～61.6%和37.3%～64.8%，3"a平均減產分別為45.1%、43.3%、47.5%；–N、–P和–K淀粉產量降幅分別為19.9%～65.1%、24.7%～40.8%和43.7%～53.3%，3年平均降幅分別為39.6%、40.8%和53.3%，–K的淀粉產量降幅顯著高于–N和–P。副區因素中，–K下，2021年，SC205鮮薯產量顯著高于SC124；2019和2020年，SC124淀粉產量顯著高于SC205。

2.4""產量構成因子

主體間效應檢驗表明（表7），施肥、品種以及二者的交互作用極顯著影響各年度的單株結薯數和單條薯重。多重比較結果表明（表8），主區因素中，2019年，–N較CK顯著增加單株結薯數，但單條薯重顯著降低，2020年，–N較CK顯著降低單株結薯數，而單條薯重顯著增加；2020和2021年，–P和–K較CK的單株結薯數顯著降低，降幅分別為17.8%～59.8%和22.1%～53.6%；2019—2021年，–P和–K較CK的單條薯重均顯著降低，降幅分別為13.0%～43.9%和21.3%～43.5%。副區因素中，2個品種間單株結薯數和單條薯重差異顯著，單株結薯數表現為SC205gt;SC124，而單條薯重表現為SC205lt;SC124。

2.5""相關性分析

各因子相關性分析表明（圖1），鮮薯產量、淀粉產量均與單株結薯數呈極顯著正相關，與單條薯重呈顯著正相關。淀粉產量還與鮮薯淀粉含量呈極顯著正相關，鮮薯淀粉含量與單條薯重、SPAD值與株高呈顯著正相關，單株結薯數與莖徑呈極顯著正相關。

3""討論

3.1""長期養分虧缺對農藝性狀的影響

葉綠素是光合作用過程中最重要的色素，參與光能的吸收、傳遞和轉化[22]。本研究中，2個木薯品種間的SPAD值無顯著差異，而不同施肥處理間SPAD值的影響達極顯著水平，其中，–K顯著降低SPAD值，可能與–K造成葉綠體的體積和數目減少，葉綠體結構受到明顯的影響，從而限制光合色素的合成[23]，降低木薯葉片葉綠素含量[24]有關。本研究結果表明，–N和–K顯著降低木薯的株高，品種間株高差異顯著，表現為SC124gt;SC205，這與前期研究結果相似[5]。本研究各養分虧缺處理均顯著降低木薯莖徑，–N的莖徑降幅最大，進一步說明N是木薯莖徑的主要限制因子[25]。

3.2""長期養分虧缺對鮮薯淀粉含量的影響

提高塊根淀粉含量是木薯栽培的首要品質目標，主要受品種特性和栽培技術的影響[26]。本研究中，–N顯著提高2021年木薯的塊根淀粉含量，–P對淀粉含量無顯著影響，–K顯著降低淀粉含量，與本試驗連作4、7、12年的研究結果一致[10，"12，"17]，也與NGUYEN[20]在越南東奈不同養分虧缺連作第19年的–N、–K效應一致，但與其–P顯著降低鮮薯淀粉含量的效應不同，這可能與試驗的木薯品種[16]有關。–N提高塊根淀粉含量可能與–N條件下蔗糖合成與糖酵解能力下降，淀粉合成酶活性增強，促進糖主要用于合成淀粉[27]有關；–K降低塊根淀粉含量，可能是由于–K限制木薯CO2同化，抑制淀粉合成酶的活性，也可能是限制次生木質部生長，不利于淀粉沉淀，制約光合產物從葉片向塊根轉移[28]，這值得進一步研究。總之，氮、鉀可顯著影響鮮薯淀粉含量，而磷對淀粉含量無顯著影響。

3.3""長期養分虧缺對木薯產量的影響

在長期定位試驗中，張偉特等[10]的1992—1995年研究表明，–N、–K的4年間平均減產幅度分別為37.2%、23.4%，–P對鮮薯產量無影響；黃潔等[17]的1992—1998年分析表明，–N、–K的7年間平均減產幅度分別為34.3%、24.9%，–P對鮮薯產量尚無影響，而后對1992—2003年[12]的研究表明，–N、–P、–K的12年間平均減產幅度分別為40.6%、9.5%、32.2%，–P表現出明顯影響；本研究發現，在連作第28—30年的3年間，N、P、K肥的長期虧缺均顯著降低鮮薯產量，3年間平均降幅均在40%以上，但不同養分虧缺處理間及品種間差異均不顯著；總之，–N從試驗初期即顯著減產鮮薯，連作12年內減產幅度均表現為–Ngt;–Kgt;–P，–K、–P的減產幅度隨連作年限延長明顯提高。前人的多數研究認為，氮是影響木薯鮮薯產量的第一限制因素[8，"15，"29]，–N抑制莖葉生長和光合產物分配[30-31]而降低鮮薯產量；木薯根系耐低磷、吸磷能力強[32]，纖維根與土壤菌根高效共生吸磷[33]，因此，生產中較少出現不施磷減產的現象，但隨連作年限增加，土壤磷含量逐漸降低，磷肥效應愈加明顯[18]；本研究連作初期，–P對鮮薯產量影響較小，與初始土壤磷含量較高有關[10]，隨連作年限延長，其土壤磷素逐漸耗竭至低于臨界值，–P的減產效應明顯增強，故連作木薯前期可不施或少施磷肥，后期需注重施磷；據HOWELER在全球各地組織的木薯長期定位試驗綜合研究，木薯塊根的鉀占全株的60%，收獲塊根從土壤中帶走的K明顯高于N和P，故施鉀效應隨連作年限延長而顯著增強，鉀逐漸上升為連作木薯的主要產量限制因子[19，"33]。綜合分析本研究及前人結果，木薯連作前期，氮是木薯產量的首要限制因子，鉀其次，磷效應不明顯，隨連作年限延長，鉀、磷效應逐漸顯著，氮、鉀成為最主要的限制因子，而后，氮、磷、鉀肥間的鮮薯產量效應無顯著差異，氮、磷、鉀同等重要。氮、磷、鉀肥在長期連作中肥效的年限閾值及影響有待進一步分析研究。

本研究中，鮮薯產量和淀粉產量均與單株結薯數呈極顯著正相關，與單條薯重呈顯著正相關，這與黃渝嵐等[34]的研究結果相似。

4""結論

氮、磷、鉀虧缺均顯著抑制木薯生長，其中，缺鉀顯著降低葉片SPAD值，氮是木薯莖徑增粗的主要限制因子，氮、鉀可顯著影響鮮薯淀粉含量，而磷對鮮薯淀粉含量無顯著影響。連作前期，氮是木薯產量的首要限制因子，鉀其次，磷效應不明顯，隨連作年限延長，鉀、磷效應逐漸顯著，氮、鉀成為最主要的限制因子，而后氮、磷、鉀肥間的鮮薯產量效應無顯著差異，氮、磷、鉀均同等重要。

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